أنواع النظائر المشعة وأهميتها

أنواع النظائر المشعة

تُعرف النظائر المشعة (بالإنجليزية: Radioisotopes) أو ما يُشار إليها بالنظائر غير المستقرة، بأنها ذرات تحتوي على تركيبة غير مستقرة من النيوترونات والبروتونات، إذ تُظهر طاقة زائدة في نواتها. يحدث هذا عدم الاستقرار عادةً عندما يكون عدد النيوترونات في الذرة مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا، مما يدفع الذرة للتفكك. تمتلك النظائر المختلفة لنفس العنصر العدد نفسه من البروتونات، لكن تختلف في عدد النيوترونات.

يمكن تصنيف النظائر المشعة إلى نوعين رئيسيين:

نظائر طبيعية

تشير النظائر الطبيعية إلى تلك التي توجد في البيئة بدون أي تدخل بشري منذ بداية تكوينها، ومن أمثلة هذه النظائر: البوتاسيوم 40، الروبيديوم 87، الساماريوم 147، واللوتيسيوم 176، بالإضافة إلى اليورانيوم 235 واليورانيوم 238.

نظائر مشعة صناعية

تتعلق النظائر المشعة الصناعية بتلك التي تم إنتاجها بواسطة الإنسان من خلال تعديل الذرات في مفاعلات نووية أو سيكلوترونات وذلك لأغراض متنوعة. من ضمن هذه النظائر نجد: الهيدروجين 3 (تريتيوم)، الكربون 14، الصوديوم 24، الفوسفور 32، الكبريت 35، البوتاسيوم 42، الكالسيوم 45، الكروم 51، الحديد 59، الكوبالت 60، الكريبتون 85، الإسترونتيوم 90، الأيتريوم 90، البلاديوم 109، اليود 131 و132، الزينون 133، السيزيوم 137، الثوليوم 170، الإيريديوم 192، الذهب 198، والبولونيوم 210.

تمر النظائر المشعة بعملية تحليل من أجل استعادة الذرات ذات النواة غير المستقرة إلى حالة من الاستقرار، وذلك عن طريق التخلص من الجسيمات والطاقة الفائضة في شكل إشعاع. تُعرف هذه العملية بعملية التحلل الإشعاعي (بالإنجليزية: Radioactive decay).

هناك أربعة أنواع أساسية من الإشعاع الم emitted من الذرات المشعة، وهي: جسيمات ألفا (α)، وجسيمات بيتا (β)، وأشعة غاما (γ)، والنيوترونات. تطلق الذرات المشعة نوعًا أو أكثر من هذه الأنواع من الإشعاع لتصل إلى حالة أكثر استقرارًا. كل نوع من هذه الإشعاعات يمتاز بخصائص معينة تؤثر على كيفية اكتشافه وتأثيره علينا. جميع الذرات المتعلقة بالنظائر تتشارك في سلوك كيميائي مشابه، لكنها تختلف في مستويات النشاط الإشعاعي. وفيما يلي توضيح لهذه الأنواع:

جسيمات ألفا (α)

تتكون جسيمات ألفا من أربعة جسيمات تُعتبر أساسًا نواة الهيليوم. خلال عملية التحلل، تنقسم النواة إلى جزئين: مجموعة من البروتونات مرتبطة بنيوترونات، مما يؤدي إلى شكل نواة يقل عددها الذري بمقدار اثنين ويتناقص عدد الكتلة الذرية بمقدار أربعة، مما يعني أن هذه الجسيمات تتكون من نيوترونين وبروتونيين تحمل شحنة (+2).

جسيمات بيتا (β)

عند تحلل جسيم بيتا، يُقذف إلكترون من نواة الذرة المتحللة، مما يؤدي إلى توليد نواة تحمل عددًا ذريًا أعلى مع الحفاظ على نفس الكتلة، وتظل الشحنة الكلية كما هي، حيث يتم إنتاج إلكترون ذو شحنة سالبة لتعادلها.

أشعة غاما (γ)

تُعتبر أشعة غاما نوعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة الذي يُنبعث من بعض النويدات المشعة عندما تنتقل نواتها من حالة طاقة عالية إلى حالة طاقة أقل، وتتكون من فوتونات لا تحمل كتلة أو شحنة.

تتميز هذه الأشعة بارتفاع طاقتها وقصر طول موجتها، حيث تتسم جميع أشعة غاما المنبعثة من نظير معين بنفس الطاقة، مما يساعد العلماء على تحديد بواعث غاما المتواجدة في العينة. كما تخترق أشعة الغاما الأنسجة بفعالية أكبر مقارنة بجسيمات بيتا أو ألفا، ولكنها تُنتج تركيزًا أقل من الأيونات في مسارها مما قد يؤدي إلى تلف الخلايا. تُشبه أشعة غاما إلى حد كبير الأشعة السينية.